如今，機(jī)器人與人工智能已不再停留在暢想階段，它們正成為產(chǎn)業(yè)新風(fēng)口，掀起新一輪技術(shù)創(chuàng)新浪潮。

　　工業(yè)機(jī)器人作為工業(yè)4.0的重要組成部分，在這波浪潮中，也是備受關(guān)注。工業(yè)機(jī)器人是工廠自動(dòng)化的一部分，現(xiàn)在隨著人工成本增加，工業(yè)機(jī)器人越來(lái)越多地出現(xiàn)在了工廠中，尤其是制造廠。金屬加工小編在此找到關(guān)于工業(yè)機(jī)器人的具體定義、組成、分類及其在機(jī)床行業(yè)的應(yīng)用等分析，特此分享給大家！

　　工業(yè)機(jī)器人的定義

　　1987年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)工業(yè)機(jī)器人的定義：一種具有自動(dòng)控制操作和移動(dòng)功能的、能完成各種作業(yè)的編程操作機(jī)。

　　通俗的說(shuō)法就是：工業(yè)機(jī)器人是能模仿人體某些器官的功能（主要是動(dòng)作功能）、有獨(dú)立的控制系統(tǒng)、可以改變工作程序和編程的多用途自動(dòng)操作裝置。

　　因此，實(shí)際上具有機(jī)械手換刀功能的加工中心也是廣義上的工業(yè)機(jī)器人，也可說(shuō)工業(yè)機(jī)器人是一種廣義的數(shù)控機(jī)床。

　　工業(yè)機(jī)器人的組成

　　工業(yè)機(jī)器人由控制系統(tǒng)、本體、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測(cè)系統(tǒng)及示教盒等組成。

　　1. 控制系統(tǒng)

　　如圖1所示，控制系統(tǒng)一般由控制計(jì)算機(jī)和伺服控制器組成?？刂朴?jì)算機(jī)發(fā)出指令，協(xié)調(diào)各關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)之間的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還要完成編程、示教/再現(xiàn)以及和其他環(huán)境狀態(tài)（傳感器信息）、工藝要求及外部相關(guān)設(shè)備（如電焊機(jī)）之間的信息傳遞和協(xié)調(diào)工作。伺服控制各個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，使各桿按一定的速度、加速度和位置要求進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作。

　　2. 工業(yè)機(jī)器人本體

　　工業(yè)機(jī)器人的本體如圖2所示。

　　3. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

　　工業(yè)機(jī)器人通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)完成規(guī)定的動(dòng)作，通常執(zhí)行機(jī)構(gòu)有以下幾個(gè)部分：

　　（1）手部。手部是工業(yè)機(jī)器人用來(lái)握持工件或工具的部位，直接與工件或工具接觸。有些工業(yè)機(jī)器人直接將工具（ 如電焊槍、油漆噴槍及容器等）固定在手部，不再另外安裝手部。

　?。?）腕部。腕部是將手部和臂部聯(lián)接在一起的部件。它的作用是調(diào)整手部的方位和姿態(tài)，并可擴(kuò)大臂部的活動(dòng)范圍。

　?。?）臂部。臂部支承著腕部和手部，使手部活動(dòng)的范圍擴(kuò)大。無(wú)論是手部、腕部或是臂部都有許多孔，孔內(nèi)有軸，軸和孔之間形成一個(gè)關(guān)節(jié)，機(jī)器人有一個(gè)關(guān)節(jié)就有了一個(gè)自由度。

　　4. 檢測(cè)系統(tǒng)

　　檢測(cè)系統(tǒng)主要用來(lái)檢測(cè)自己的執(zhí)行系統(tǒng)所處的位置、姿勢(shì)，并將這些情況及時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)這個(gè)反饋信息再發(fā)出調(diào)整動(dòng)作的信號(hào)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)一步動(dòng)作，從而使執(zhí)行系統(tǒng)的精度到達(dá)規(guī)定的位置和姿勢(shì)。

　　5. 示教盒

　　如圖3所示，操作者通過(guò)示教盒進(jìn)行手動(dòng)示教，控制機(jī)器人到達(dá)不同位姿，并記錄各個(gè)位姿點(diǎn)坐標(biāo)，利用機(jī)器人語(yǔ)言進(jìn)行在線編程，實(shí)現(xiàn)程序再現(xiàn)，讓機(jī)器人執(zhí)行程序要求的軌跡運(yùn)動(dòng)。

　　工業(yè)機(jī)器人的分類

　　工業(yè)機(jī)器人常按以下方式分類：

　　1. 按幾何結(jié)構(gòu)來(lái)分類

　　（1）串聯(lián)機(jī)器人。直角坐標(biāo)機(jī)器人（見(jiàn)圖4）：這一類機(jī)器人其手部空間位置的改變，通過(guò)沿3個(gè)互相垂直的軸線移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即沿著X軸的縱向移動(dòng)、沿著Y軸的橫向移動(dòng)和沿著Z軸的升降。

　　柱面坐標(biāo)機(jī)器人（見(jiàn)圖5）：

　　手臂可伸縮（沿r方向）；滑動(dòng)架（托板）可沿柱上下移動(dòng)（Z軸方向）；水平臂和滑動(dòng)架組合件可作為基座上的一個(gè)整體而旋轉(zhuǎn)（繞Z軸）。一般不允許旋轉(zhuǎn)360°，這是因?yàn)橛幸簤?、電氣或氣?dòng)聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)或連線造成的約束。

　　球面坐標(biāo)機(jī)器人（見(jiàn)圖6）：

　　球面坐標(biāo)機(jī)器人采用球坐標(biāo)系，用一個(gè)滑動(dòng)關(guān)節(jié)和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來(lái)確定部件的位置，再用一個(gè)附加的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)確定部件的姿態(tài)。

　　關(guān)節(jié)坐標(biāo)機(jī)器人（見(jiàn)圖7）：

　　關(guān)節(jié)機(jī)器人的關(guān)節(jié)全部都是旋轉(zhuǎn)的，類似于人的手臂，主要由立柱、前臂和后臂組成。

　?。?） 并聯(lián)機(jī)器人（ 見(jiàn)圖8）。并聯(lián)機(jī)器人可以定義為動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)通過(guò)至少兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈相聯(lián)接，機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的一種閉環(huán)機(jī)器人。

　　2. 按驅(qū)動(dòng)形式來(lái)分類

　　按驅(qū)動(dòng)形式來(lái)分， 可以分為氣壓驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)及電驅(qū)動(dòng)（步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、直流伺服驅(qū)動(dòng)與交流伺服驅(qū)動(dòng)）等形式。

　　3. 按用途來(lái)分類

　　按用途來(lái)分， 工業(yè)機(jī)器人可分為焊接機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人（ 上下料機(jī)器人） 、裝配機(jī)器人、噴涂機(jī)器人、機(jī)械加工機(jī)器人與碼垛工業(yè)機(jī)器人等。

　?。?） 焊接機(jī)器人（ 見(jiàn)圖9）。焊接機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用最為廣泛的一種類型。

　　（2）上下料機(jī)器人（見(jiàn)圖10）。目前，我國(guó)大部分生產(chǎn)線上的機(jī)床裝卸工件仍由人工完成， 其勞動(dòng)強(qiáng)度大， 生產(chǎn)效率低，而且具有一定的危險(xiǎn)性，已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)，為提高工作效率，降低成本，并使生產(chǎn)線發(fā)展為柔性生產(chǎn)系統(tǒng)，應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的要求，越來(lái)越多的企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始利用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行上下料了。

　?。?） 噴涂機(jī)器人（ 見(jiàn)圖11）。噴涂機(jī)器人能在惡劣環(huán)境下連續(xù)工作，并具有工作靈活、工作精度高等特點(diǎn)，因此噴漆機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、大型結(jié)構(gòu)件等噴漆生產(chǎn)線，以保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。

　?。?） 裝配機(jī)器人（ 見(jiàn)圖12）。隨著機(jī)器人智能程度的提高，使得它可對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)等進(jìn)行自動(dòng)裝配，并可大大提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

　?。?）機(jī)械加工工業(yè)機(jī)器人（見(jiàn)圖13）。機(jī)械加工機(jī)器人是指具有機(jī)械加工能力的工業(yè)機(jī)器人。

　　（6）碼垛工業(yè)機(jī)器人（見(jiàn)圖14）。碼垛工業(yè)機(jī)器人主要用于工業(yè)碼垛。

　　工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控加工的集成

　　工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控加工的集成主要集中在兩個(gè)方面：一是工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床集成為工作站；二是工業(yè)機(jī)器人具有加工能力，即機(jī)械加工工業(yè)機(jī)器人。

　　1. 工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床集成為工作站

　　工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的集成主要應(yīng)用在柔性制造單元（F M C） 或柔性制造系統(tǒng)（FMS） 中，圖15所示加工中心上的工件，由機(jī)器人來(lái)裝卸，加工完畢的工件與毛坯放在傳送帶上。當(dāng)然，也有不用傳送帶的，如圖16所示，所用到的工業(yè)機(jī)器人一般為上下料機(jī)器人，其編程較為簡(jiǎn)單，只要示教編程后再現(xiàn)就可以了。但工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床各有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床、傳送帶之間都要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

　　圖17所示為某工作站的數(shù)據(jù)通信關(guān)系圖，LD上料工位通過(guò)Asi總線連接滾道上的傳感器和執(zhí)行元件，數(shù)控機(jī)床與LD通過(guò)硬件FIELD I/O模塊與FANUC ROBOT通信。

　?。?）硬件。①M(fèi)C（加工中心）的I/O通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入FIELDI/O模塊，與LD通過(guò)PROFIBUSDP總線通信。②ROBOT（工業(yè)機(jī)器人）與LD通過(guò)PROFIBUSDP總線通信。③滾道附件（傳感器和氣缸等執(zhí)行元件）通過(guò)Asi總線接入LD。④MC與ROBOT通信通過(guò)LD中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。

　　MC與ROBOT的通信是通過(guò)LD來(lái)中轉(zhuǎn)的，所以它們之間的接口由兩部分內(nèi)容構(gòu)成：LD與MC的接口；LD與ROBOT的接口，傳遞關(guān)系如圖18所示。

　?。?）接口信號(hào)。MC到LD的接口部分信號(hào)：①機(jī)床狀態(tài)：有無(wú)報(bào)警、緊停。②機(jī)床運(yùn)行方式選擇：手動(dòng)、自動(dòng)及空運(yùn)轉(zhuǎn)。③上下料的狀態(tài)：使能上下料狀態(tài)、上下料請(qǐng)求、機(jī)床門(mén)打開(kāi)、工件夾具狀態(tài)及機(jī)床內(nèi)有無(wú)工件的記憶狀態(tài)。④機(jī)器人的手動(dòng)操作，如回零、去維修位和機(jī)器人夾爪的手動(dòng)操作。⑤工件類型選擇等。

　　LD到MC的接口信號(hào)：①機(jī)器人和滾道狀態(tài)：無(wú)報(bào)警、運(yùn)行狀態(tài)準(zhǔn)備好。②運(yùn)行模式、自動(dòng)狀態(tài)。③ 位置狀態(tài)： 機(jī)器人在HOME位置、REPAIR位置。④工作完成狀態(tài)：上下料完成狀態(tài)、機(jī)器人夾爪狀態(tài)。⑤工件狀態(tài)：滾道上下料位置有無(wú)工件、滾道上下料托盤(pán)位置狀態(tài)、工件在機(jī)器人夾爪上等。

　　LD到ROBOT的接口信號(hào)：?、贆C(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)。②運(yùn)行模式：空運(yùn)轉(zhuǎn)、自動(dòng)等。③上下料條件：機(jī)床工件托盤(pán)上有無(wú)工件、滾道上下料位置有無(wú)工件、滾道上下料托盤(pán)位置狀態(tài)、MC上料門(mén)打開(kāi)。④來(lái)自于MC的機(jī)器人手動(dòng)操作，打開(kāi)、關(guān)閉夾爪。

　　ROBOT到LD的接口信號(hào)：①機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。②機(jī)器人位置狀態(tài)：機(jī)器人在HOME位置、REPAIR位置。③工作完成狀態(tài)：上下料完成狀態(tài)、機(jī)器人夾爪狀態(tài)。④機(jī)器人報(bào)警狀態(tài)等。

　　2. 機(jī)械加工工業(yè)機(jī)器人

　　這類機(jī)器人具有加工能力，本身具有加工工具， 比如刀具等，刀具的運(yùn)動(dòng)是由工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)控制的。主要用于切割（見(jiàn)圖19）、去毛刺（見(jiàn)圖20）、拋光與雕刻等輕型加工，這樣的加工比較復(fù)雜，一般采用離線編程來(lái)完成。這類工業(yè)機(jī)器人有的已經(jīng)具有了加工中心的某些特性，如刀庫(kù)等。圖21所示的雕刻工業(yè)機(jī)器人的刀庫(kù)如圖22所示，這類工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械加工能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于數(shù)控機(jī)床的，因?yàn)閯偠?、?qiáng)度等都沒(méi)有數(shù)控機(jī)床好。